|
Пары черных дыр помогут открыть новые частицы
|
|
|
|
В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters на этой неделе, физики из Амстердама и Копенгагена утверждают, что тщательные наблюдения за слиянием пар черных дыр могут предоставить информацию о потенциальных новых частицах. Исследование объединяет несколько новых открытий, сделанных учеными Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе за последние шесть лет.
|
|
|
|
Гравитационные волны, которые испускаются при слиянии двух черных дыр, несут подробную информацию о форме и эволюции орбит компонентов. В исследовательскую группу входят физики Джованни Мария Томаселли и Джанфранко Бертоне из Амстердамского университета (UvA), а также бывший магистрант UvA Томас Спиксма, ныне работающий в Институте Нильса Бора в Копенгагене. Исследование предполагает, что тщательный анализ этой информации может выявить существование новых частиц в природе.
|
|
|
|
Сверхизлучение
|
|
|
|
Механизм, который делает возможным обнаружение новых частиц, называется сверхизлучением черной дыры. Когда черная дыра вращается достаточно быстро, она может выделять часть своей массы в "облако" частиц вокруг себя. Систему облаков черных дыр называют "гравитационным атомом" из-за ее сходства с электронным облаком вокруг протона.
|
|
|
Поскольку сверхизлучение эффективно только в том случае, если частицы намного легче тех, что были измерены в экспериментах до сих пор, этот процесс предоставляет уникальную возможность исследовать существование новых частиц, известных как сверхлегкие бозоны, существование которых может разрешить несколько загадок в астрофизике, космологии и физике элементарных частиц.
|
|
|
|
Орбитальная эволюция двойных черных дыр в присутствии сверхлегких бозонных облаков изучалась учеными Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в серии влиятельных работ за последние шесть лет. Одним из важных новых явлений, которые были обнаружены, были резонансные переходы, когда облако "перескакивает" из одного состояния в другое, подобно тому, как электрон в обычном атоме может перемещаться между орбитами.
|
|
|
|
Другим новым явлением, также похожим на поведение обычных атомов, является ионизация, при которой часть облака выбрасывается. Оба эти эффекта оставляют характерные отпечатки на излучаемых гравитационных волнах, но детали таких отпечатков зависят от — пока неизвестного — состояния облака частиц. В попытке прояснить эти оставшиеся детали, новое исследование объединяет все предыдущие результаты и прослеживает историю системы от образования двойной черной дыры до слияния черных дыр.
|
|
|
|
Две возможности
|
|
|
|
Основные выводы существенно улучшают наше понимание двойных гравитационных атомов. Исследователи обнаружили, что существует два возможных варианта эволюции такой системы, оба одинаково интересных.
|
|
|
|
Если черные дыры и облако изначально вращаются в противоположных направлениях, то облако сохраняется в состоянии, первоначально вызванном сверхизлучением, и его можно обнаружить благодаря его ионизации, которая оставляет четкий след на гравитационных волнах. Во всех остальных случаях резонансные переходы полностью разрушают облако, и орбита двойной системы приобретает очень специфические значения эксцентриситета и наклона, которые можно измерить по сигналу гравитационных волн.
|
|
|
|
Таким образом, новый результат обеспечивает новую и надежную стратегию поиска новых частиц, либо путем обнаружения эффектов ионизации в гравитационных волнах, либо, в другом случае, путем наблюдения аномального избытка систем с предсказанными значениями эксцентриситета и наклона. В обоих случаях предстоящие детальные наблюдения гравитационных волн позволят получить очень интересную информацию о том, существуют ли новые сверхлегкие частицы.
|
|
|
|
Источник
|
